工业测量系统

工业测量系统（精选十篇）

工业测量系统 篇1

雷尼绍作为世界领先的测量与过程控制解决方案供应商, 是汽车工程领域中不可或缺的一部分。A M T S期间, 雷尼绍首次展出搭载其革命性产品REVO®多传感器五轴测量系统的大型龙门式三坐标测量机, 现场展示大型柴油机缸体的测量任务;龙门测量机边上的COORD3桥式测量机同时展示R E V O进行缸盖的测量任务, 双管齐下。

雷尼绍展台经理介绍, 2015年推雷尼绍出了REVO第二代, 在分辨率方面提高了近20倍, 在微观定位方面有很大的进步。REVO2可加载不同的测量模块, 如粗糙度测头, 非接触的光学照像测头等等。五轴龙门测量机可打造一个测量平台, 这个平台集多种功能于一身。不但可以测量大工件大尺寸, 更可以测量大工件小尺寸。测量大工件小尺寸时, 可以尽量通过测头的主动测量, 降低三个传统运动轴的移动, 从尔实现提高测量精度。另外龙门测量本身效率不高, 但通过五轴的扫描可提高测量速度、效率, 对于复杂工件, 特别是多孔或有曲面的产品, 五轴龙门测量机的测量效率比传统龙门测量机可提升至少三到五倍。

阀门座和阀导测量是汽车缸体中最棘手的测量任务之一。REVO采用Renscan 5五轴测量创新技术, 采用螺旋扫描, 一次扫描采集数以千计的数据点, 根据这些数据点可以确定高度、直径、阀门座宽度和形状, 可替代传统人工手动非标准检具, 并提高测量自动化水平, 提高测量效率。

同时, 雷尼绍的测量技术和西门子数字化制造全产品的生命周期管理已经有诸多成功的合作。智能制造一个重要环节是数据的可采集、可存储和可编辑, 工艺人员可根据这些可视化的大数据进行一个正确的判断, 在这方面雷尼绍和西门子公司在PLM上有较多的成功案例。

在展会现场, 我们见证了比对仪Equator™与机械臂协同合作实现全过程自动化质量在线控制检测, 亲身体验这个可以让工件检测达到100%并实现零废品率, 零件生产成本大大下降的质量利器。雷尼绍展台经理介绍, Equator的应用有四个阶段, 第一是检测阶段;第二个阶段结合机器人进行自动化检测;第三个阶段连接机床, 将测量结果反馈到机床操作系统, 形成一个闭环测量系统, 目前已经应用;第四个阶段是反馈到设计前端, 调整设计公差, 参与产品全生命周期的管理。

关于雷尼绍

雷尼绍, 是世界领先的工程科技公司之一, 在精密测量和医疗保健领域拥有专业技术。公司向众多行业和领域提供产品和服务——从飞机引擎、风力涡轮发电机制造, 到3D打印、口腔和脑外科医疗设备等。

工业测量系统 篇2

将Axyz/MTM工业测量系统用于3维测量车传感器的位置检测,实时获取测量点的3维坐标数据,利用其丰富的软件功能方便地进行坐标系转换和数据的`分析.检测结果表明,该系统单点测量中误差达±0.15 mm,完全满足高精度的测量要求.

作 者：刘尚国 郑文华 孙佳龙 徐文锦 LIU Shang-guo ZHENG Wen-hua SUN Jia-long XU Wen-jin 作者单位：刘尚国,郑文华,孙佳龙,LIU Shang-guo,ZHENG Wen-hua,SUN Jia-long(山东科技大学,地球科学与工程学院,山东,青岛,266510)

徐文锦,XU Wen-jin(安徽地质测绘技术院,安徽,合肥,230022)

工业场地整平测量施工方法 篇3

关键词 场地整平 索佳SET210全站仪 全站仪方格网法 “O填挖线”

前言

场地平整的目的是将高低不平的场地平整为一个适于施工、水平均一的水平场地。即将高出的土挖掉，填到低处，使现场土方填挖平衡。期间测量工作的主要任务是根据场地现状，布设工程方格网，测定每个格点的坐标、高程，算出“0填挖线”，并用白灰将“0填挖线”在场地中标示出来。即把哪里要填、哪里要挖用灰线圈出来。

场地平整工程相当广泛，除了煤矿基建时工业广场的平整以外，在城镇开发区建筑场地、港口码头贮货场、机场、车站等多项基建工程中，都要进行场地平整。但目前许多施工场地，懂得方格网法的并不多，场地整平大多是人工目估，铲土机概平而已。即就有测量人员，测量的仪器也是经纬仪、钢尺和水准仪等。不仅实施过程复杂、精度低，更主要的是速度太慢、还费人费力。

随着全站仪的全面普及，现在这种场地整平就只一台全站仪即可完成。现把山阳煤矿工业广场场地平整时用的“全站仪方格网法”分述如下，供大家参考。

1 土方方格网的测设

（1）根据场地的1：500地形图，先在图上设计施工方格网（如图1）。由于山阳矿地形起伏不大，故可设为20m方格。由CAD图上直接可以量得各网点的坐标值Xi，Yi，并传入全站仪。

（2）实际测量用SET210全站仪，其测量 角精度为达2″，测距离精度为2mm+2ppm·D。如图2所示，将全站仪置于导线点J3上，后视J4点。将J3 、J4点的坐标高程，仪器高、棱镜高等全部输入全站仪。在定向无误后，在仪器菜单选放样模式

。这样就可以按照网点的编号，依次将各网点在地面上用木桩标定出来。

放样棱镜必须用带水准气泡的单棱镜。这样每拔出一点的方位角，按下F2即在屏幕上显示距离差dHD。当dHD=0时即点位，再按F3可得出该点的高程，然后在地面上打下木桩。木桩要钉直，桩号要写清楚。这样施工方格网放样完毕，各网点的坐标高程也测得了。这样也就可以算出地面各网点的填（挖）高度。

（3）如果没有场地地形图，但已知要平整的范围，则可用全站仪到实际中直接标定各点。如图3在场地的一边定出A、B两点，将仪器架设在A点后视B，转90°定出C点，由AB、AC的长定出D点，然后将AB、AC、AD上已定出的点，用花杆穿线、全站仪量距，在地面上标定出其它网点（如图3所示），然后置全站仪于已知点上，定向无误后以此测出各网点的坐标、高程。

2、各施工网点加权平均高程的计算

平均高程是将各网点的高程加在一起除以点的总数。如果将每个方格的4个角的高程取得平均值即得该方格的平均高程。各方格的平均高程加在一起，除以方格数，即为该方格网的加权平均高。如图4可以看出，整个方格网四个角A、B、C、D的高程在计算中只用了1次，边上各点的高程用了2次，而网格内各点的高程都用了4次。各网点在计算平均高程使用的次数即为该点的权。加权平均高程等于各网点的权乘以该点的高程的总和，除以各

点权的总和：

式中H平均——各方格网点的加权平均值；

Hi——各方格网点的高程；

Pi——各方格网点的权；

N——方格网点的个数；

以实测方格网的部分网点数据为例（如图4）。

3 各网点的施工高度计算

用各网点的地面高程减加权平均高程即得该点的施工高度。该值为正表示该点要挖，为负表示该点要填。若差值为零表示该点不挖不填，即“0高点”。再将计算结果标注在桩上。如图4。

4 各小方格施工高度及各小方格内挖（填）方量的计算

把小方格四个角上的施工高度取代数和除以4，即为该方格的施工高度。再称以小方格的面积即为该小方格的挖（填）方量，并注于小方格内（如图5）。如整个方格网的挖方量与填方量的代数和

等于零，则表明测量和计算无误。

5 零线位置的标定

为使填挖界限分明，在算出“0高点”后，用白灰线把各“0高点”连起来即得填挖分界线，以便施工。

零高点计算公式为：

式中a——小方格边长；

h1h2——相背两方格点的施工高度，其符号相反均用绝对值计算；

x1——零点与施工高度h1的方格点的距离。

同时为施工方便，在求出0面高程线后，把各桩处的填挖高度标在桩上（如图6示）。

6 精平时的测量

精平时的测量即最后一次整平测量。先按原放样数据，用全站仪将方格网点再放样、测量一次。这次除了将各起算数据输入全站仪外，将加权平均高程也输入，这样可以直接测出各点地面高程与平均高程的差值。凡高差为零的网点表明已达标高，对未达标高的相临桩点应再拉线整平。高处铲，低处填，并用压路机碾压密实，直至场内各处标高达到要求。

7 该工程用全站仪测设的精度

该工程在交验时按每100m2抽验10处，用三米直尺测其平整度，其最大间隙为1.3cm。小于设计要求的3cm。用水准仪对该场地抽查10处，其平均高程为11.575m，与加权平均高程11.570m相差+5mm。（注：这里用的是假定高程，非真实高程）

结论

通过这次用SET210全站仪的施测过程和结果，还可以得出这样几点结论：

1、在平整度要为3cm的任何整平工程中全站仪可替代水准仪测量地面高程。

2、放样平距平均长在300m以内时，SET210全站仪的高程测量误差约为5mm（该工程中放样的平均边长为110m）。

3、在以后的许多工程测量，全站仪三角高程导线，尤其是附设GPS点的三角高程导线，将替代三角网。

4、在目前的各种施工测量中，尤其是在地面起伏较大、桩点繁多的整平工程中，全站仪替代水准仪势在必行。

5、我国目前仍在大规模地搞基建，“采用全站仪方格网法”，以全站仪代替钢尺、经纬仪、水准仪整平施工，将可使测量工作大为简化，施工速度大为提高。

工业与民用建筑的施工测量探究 篇4

测绘地形图是将地面上的地物、地貌测绘在图纸上, 而施工放样则和它相反, 是将设计图纸上的建筑物、构筑物按其设计位置测设到相应的地面上。

测设精度的要求取决于建筑物或构筑物的大小、材料、用途和施工方法等因素。一般高层建筑物的测设精度应高于低层建筑物, 钢结构厂房的测设精度应高于钢筋混凝土结构厂房, 装配式建筑物的测设精度应高于非装配式建筑物。

2 工业厂房构件的安装测量

2.1 装配式单层工业厂房主要由柱、吊车梁、屋架、天窗架和屋面板等主要构件组成。

在吊装每个构件时, 有绑扎、起吊、就位、临时固定、校正和最后固定等几道操作工序。下面着重介绍柱子、吊车梁及吊车轨道等构件在安装时的校正工作。

2.1.1 吊装前的准备工作。柱子吊装前, 应根据轴线控制桩, 把定位轴线投测到杯形基础的顶面上, 并用红油漆画上“▲”标明。同时还要在杯口内壁, 测出一条高程线, 从高程线起向下量取一整分米数即到杯底的设计高程。

2.1.2 在柱子的三个侧面弹出往中心线, 每一面又需分为上、中、下三点, 并画小三角形“▲”标志, 以便安装校正。

2.1.3 柱长的检查与杯底找平。柱子在预制时, 由于模板制作和模板变形等原因, 不可能使柱子的实际尺寸与设计尺寸一样, 为了解决这个问题, 往往在浇注基础时把杯形基础底面高程降低2~5cm, 然后用钢尺从牛腿顶面沿柱边量到柱底, 根据这根柱子的实际长度, 用1:2水泥沙浆在杯底进行找平, 使牛腿面符合设计高程。

2.1.4 安装柱子时的竖直校正。柱子插入杯口后, 首先应使柱身基本竖直, 再令其侧面所弹的中心线与基础轴线重合。用木楔或钢楔初步固定, 然后进行竖直校正。校正时用两架经纬仪分别安置在往基纵横轴线附近, 离柱子的距离约为柱高的1.5倍。先瞄准柱子中心线的底部, 然后固定照准部, 再仰视柱子中心线顶部。如重合, 则柱子在这个方向上就是竖直的。如果不重合, 应进行调整, 直到柱子两个侧面的中心线都竖直为止。

由于纵轴方向上柱距很小, 通常把仪器安置在纵轴的一侧, 在此方向上, 安置一次仪器可校正数根柱子。

2.1.5 柱子校正的注意事项。 (1) 校正用的经纬仪事前应经过严格检校, 因为校正柱子竖直时, 往往只用盘左或盘右观测, 仪器误差影响很大, 操作时还应注意使照准部水准管气泡严格居中。 (2) 柱子在两个方向的垂直度都校正好后, 应再复查平面位置, 看柱子下部的中线是否仍对准基础的轴线。 (3) 当校正变截面的柱子时, 经纬仪必需放在轴线上校正, 否则容易产生差错。 (4) 在阳光照射下校正柱子垂直度时, 要考虑温度影响, 因为柱子受太阳照射后, 柱子向阴面弯曲, 使往顶有一个水平位移。为此应在早晨或阴天时校正。 (5) 当安置一次仪器校正几根柱子时, 仪器偏离轴线的角度眉最好不超过15。

2.1.6 其它。竣工测量完成后, 应提交完整的资料, 包括工程的名称, 施工依据, 施工成果, 作为编绘竣工总平面图的依据。

2.2 竣工总平面图的编绘。

竣工总平面图上应包括建筑方格网点, 水准点、厂房、辅助设施、生活福利设施、架空及地下管线、铁路等建筑物或构筑物的坐标和高程, 以及厂区内空地和未建区的地形。有关建筑物、构筑物的符号应与设计图例相同, 有关地形图的图例应使用国家地形图图式符号。

厂区地上和地下所有建筑物、构筑物绘在一张竣工总平面图上时, 如果线条过于密集而不醒目, 则可采用分类编图。如综合竣工总平面图, 交通运输竣工总平面图和管线竣工总平面图等等。比例尺一般采用1:1000。如不能清楚地表示某些特别密集的地区, 也可局部采用1:500的比例尺。

如果施工的单位较多, 多次转手, 造成竣工测量资料不全, 图面不完整或与现场情况不符时, 只好进行实地施测, 这样绘出的平面图, 称为实测竣工总平面图。

3 民用建筑施工测量

1971年3月, 上海电视铁塔开始建设, 塔高205米。由上海测绘院和同济大学测量系承担工程测量任务, 塔身定位拼装是主要测量内容, 采用地面斜卧拼装, 整体竖起就位的施工方法, 设计指定拼装定位对205米高度偏离中心不得大于20毫米, 在拼装过程中, 严格控制测量误差, 最终天线安装偏心值为5毫米。上海电视铁塔于1984年建成。

1973年, 上海勘察院承担上海体育馆工程测量任务, 根据体育馆结构施工流程, 首先在直径110米圆周上, 树立36根高26米的立柱, 然后在现场进行大屋顶金属网架地面拼装, 最后整体吊装就位。测量的主要内容, 是配合设计、施工进行建筑物轴线控制测量, 定位放样工作和屋顶网架拼装测量, 屋顶网架变形测量, 其中36根柱子中心定位 (误差要求±5毫米) 和网架拼装是两项关键性的测量工作。在网架拼装前, 地面设置支承网架的223只高度不同的钢模台。设计要求模台间距6.111米, 误差不大于2毫米, 55米屋顶半径允许误差10毫米。当时采用钢尺量距, 2秒级经纬仪定向测角, 精密水准仪测高。为避免白天气温对钢尺的影响, 改为傍晚丈量, 网架的几何数据选用两套测量方法进行, 最后取平均值以提高测量精度。在作业过程中加强检查, 网架拼装误差绝大部分控制在设计限差内, 个别数据稍有超限, 最终整体网架吊装全部准确就位于36根柱子上, 使体育馆屋顶网架施工安装一次成功, 该工程于1975年竣

1983年, 在上海体育馆东南兴建一座室内游泳馆, 采用了三向金属网架屋顶, 由于馆型采用六角形, 施工测量精度略高于体育馆。上海勘察院测量队承担工程测量, 由于有了体育馆的测量经验, 游泳馆测量方法仅选用一种。屋顶网架地面拼装时, 改手工量距为使用电磁波测距仪测距。网架起吊就位于28根立柱上, 完全满足安装的要求, 全部符合验收标准。

1989年初, 在陆家嘴建造上海东方明珠电视塔, 塔高468米。工程施工测量由上海市建筑一公司承担。在施工前, 工程技术人员对高、大、重、深、造型复杂的电视塔, 如何准确控制塔身的垂直度是一大难题。电视塔直筒垂直测量是整个测量的重点, 是保证塔身垂直度的关键, 它的难度和复杂不仅表现在测量控制点布设困难, 而且受施工条件的干扰和不良气候的影响。根据设计提出测量精度要求:塔筒4个垂准基点的标准差小于2毫米, 塔筒中心点控制到平台误差小于3毫米, 塔中心米字形轴线长度误差1/20000, 竣工后塔身垂直度偏差小于50毫米, 测绘人员决定用Wild ZL天顶垂准仪作垂准测量, 用Wild T2级经纬仪 (附弯管) 作垂准检查。根据建筑施工工艺和程序, 自行设计作业方法, 首先在-0.05米处建立高精度小控制网, 在不同标高设立基准平台, 作为投点的依据, 然后将控制网和基准面4个中心点 (3个直筒中心和塔体中心) , 精确投到随筒体高度而提升的施工平台上, 进行米字形轴线测量。每当平台上升一次 (3米) , 投点和轴线测设并检查一次, 由底到顶共测设90多次, 由于道道工序有检查, 最终筒体中心偏差为22毫米, 其它3个直筒体的偏差在15毫米以内, 达到塔筒体垂准测量优异成绩, 在球体钢结构安装时, 球体玻璃幕按图纸要求顺利镶嵌到位, 实践检验测量方法是成功的。在电视塔工程测量鉴定会上, 一致评价塔位垂准测量作业达世界先进水平。

参考文献

[1]吕云麟.高等专科工业与民用建筑专业教材[M].北京:中国建筑工业出版社, 1997.

[2]建筑工程测量中等职业教育国家规划 (工业与民用建筑专业) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.

南京工业大学 测量学实习报告 篇5

实习报告书

一、实习任务与内容

进行水准测量与导线测量实习与计算.1．普通水准测量。

不少于6个未知水准点，每人独立观测一个闭合水准路线（或附合水准路线），路线长度不少于2km。每站观测采用两次仪器高法或黑红面法。

2．图根导线测量。

一般要求相邻之间的距离在60～100m，相邻导线边长大至相等，导线未知点不少于5个，每人独立观测一个闭合导线全部内角（或附合导线全部左角），导线边长可每组测一份。

3．闭合导线坐标内业计算。

（1）计算控制点间高差，推算各点间高程；

（2）计算个控制点间距离及相对误差；

（3）计算个内角闭合差及内角；

（4）根据以上计算数据推算各点坐标。

二、实习目的与观测要求

1．掌握主要仪器（DS3型水准仪及DJ6型经纬仪）的性能和使用。包括水准仪的安置、整平、瞄准与读数和怎样测定地面两点间的高程；掌握经纬仪对中，整平，瞄准与读数等基本操作要领。

2．掌握卷尺量距的一般方法。

3．掌握数据的计算和处理方法。

（1）测角：两个测回（测回法），上下半测回之差的限差为±40”。角度闭合差的限差n，n为导线的测量角数。为±6 0

（2）量距：往返丈量，相对精度为1/2000。

（3）水准测量视线长度小于100m、同测站两次高差的差数不大于6mm。高差闭合差为±40L（mm）或±12n（mm）。

4.通过测量集中实习巩固与深化测量课内教学的内容，培养动手能力。通过熟悉水准仪、经纬仪的使用与有关计算，为今后用途与施工测量打下初步基础。

三、实习方法

1．水准测量的方法：

在水准测量中，我组成员各自分别选了十个点，并都按照如下原则进行测量：

（1）水准仪架在两个控制点的中间，距离两点大致相等。在前后两点各放水准尺一把。

（2）望远镜对准水准尺并推动，再将水准仪调平，调节三个脚螺旋，使得圆水准器气泡居中，然后调微倾螺旋，从左边的窗口看到水准管的气泡闭合。

（3）调水平微动螺旋，使得十字丝在水准尺上测得黑面后视读数和前视读数并记录。

（4）保持三脚架不动，将水准尺翻至红面，重新测量后视读数和前视读数并记录下来，测得高差不得超过5mm，否则重测。

2．角度测量的方法：

（1）经纬仪架在控制点上，用脚螺旋进行对中，再伸缩架腿调节圆水准气泡居中，然后调节脚螺旋使得水准管气泡也居中。通过对中器观察是否对中，否则反复调平。

（2）望远镜调成盘左，对准左面的目标并制动，调节微倾和微动螺旋，使得十字丝瞄准目标，把配置度盘调至00°00’00”附近，记下读数。顺时针转动照准部，对准右面的目标并制动，读出右面的读数，记录读数。

（3）望远镜调成盘右，对准右面的目标并制动，调节微倾和微动螺旋，使得十字丝瞄准目标，把配置度盘调至90°00’00”附近，记下读数。逆时针转动照准部，对准左面的目标并制动，读出左边的读数，记录读数。

（4）两次测量角之差不能超过40秒，否则重测。

3．距离测量的方法：

（1）用前面的方法将经纬仪对中整平，再进行定线。

（2）然后用卷尺沿着路线测出导线长度。

（3）往返各测一次，两次距离的相对误差不能超过二千分之一，否则重测。

四、时间安排

3.5：上午实习动员、借用仪器、现场选点；下午开始水准测量或导线测量；

3.6-3.14：继续水准测量或导线测量；

3.15：内业计算，撰写实习报告。

3.16：上午仪器操作考核并上交实习报告，归还仪器。

五、记录数据与处理

六、实习体会与收获

在一周的测量实习中，我们小组的成员相互协作，共同完成了水准测量和闭合导线测量两项实验。在这周集中实习过程中，虽然天气非常寒冷，测量过程比较枯燥，但我也解决了一些以前零散实习中遇到的问题，另外在这种小组合作情况下，我还收获了实习结果以外的硕果。

通过本次实习，我巩固了以前所学知识，掌握了水准仪、经纬仪的基本操作，从而积累了许多经验。立标尺时，标尺除立直外还要选在重要的地方．因此，选点就非常重要，点一定要选在有代表性的地方．同时要注意并非点越多越好．相反选取的无用点过多不但会增加测量量，计算的劳动量也大，而且会因点多而杂乱产生较大的误差。这一周实习也给了我不少教训：由于某个数据的读错、记错及算错都给我们带来了不少麻烦，从而让我们知道了做任何事都要认真。还有一个组的团结也是至关重要的，他关系到整个组的进度。先前我们组由于配合不够默契，分工也不够合理，整体进度受到极大的影响。

期间我对加深了对测量中的选点的概念，了解了如何选点以有利于整个测量。对水准仪和经纬仪两种仪器的操作在实习中得到了提高，安放仪器、调制仪器都加娴熟，这样也为小组节约了时间。更重要的是，因为各方面因素的影响，比如尺的晃动、读数时可能产生的仰角俯角等，都可以产生误差，娴熟正确精准的操作能大大降低测量过程中残生的误差，这样测量就能更能接近事实。借助表格，也熟悉了有关数据的整理，对于数据的计算也在此次测量中得到了提高。水准测量中的∑h理∑h测的概念清晰，高差闭合差的分配和计算改正后的高差计算方法的到了掌握。

矿井测量信息系统的组成与功能 篇6

【关键词】矿井；地质测量；信息系统

0.前言

信息系统有数据的采集、管理、分析和表达等功能：一般包括企业、事业管理信息系统、财务管理信息系统、交通运输信息系统和空间信息系统等。地理信息系统（GIS）是以采集、存贮、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据的一种特定的空间信息系统。处理空间数据和图形图像是GIS的最大特点。地理信息系统的技术方法是矿区多层空间，以及资源和环境等动态时空信息的存储、处理、复合、分析与评价的有力手段。在此基础上，开发适用于矿区条件的矿区资源环境信息系统，可以为矿产资源的合理开发、环境影响与生态效应、自然过程与社会经济问题的分析评价或预测预报等提供信息载体和有效的技术手段。矿井地质测量工作为矿井生产建设提供完备的地质信息、几何数据和图形信息，矿井地质测量空间信息是整个矿区资源环境空间信息的主要来源。

1.矿井地质测量信息系统的特点

1.1基础性

矿井地质测量信息是矿井地面与井下规划设计、矿井生产指挥调度、矿井通风安全等方面的基础信息源。

1.2三维性

矿井空间是包括地面、井下及上覆岩层的多层立体空间，它具有复杂的内部结构，如起伏的地形，矿床中的褶皱、断层构造，井下巷道的空间交错等。

1.3动态性

矿区开发和生产作业的地理空间地点时刻处在变动之中，地下巷道、采场和矿床贮存状况不断变化。这就要求地质测量信息系统能不断地扩充、更新和完善，能及时反映新揭示的地质现象，准确表达井下巷道和采场的空间位置。

1.4不确定性

由于地下矿藏赋存状况和地质构造的复杂性、不稳定性，并且受勘探技术手段和勘探工程量的限制，因此对矿体及其围岩地质特征的描述往往带有一定的推断性质，对开采对象不完全了解，因而，生产作业和管理工作完全按原定计划执行很难做到。

2.矿井地质测量信息系统的基本组成

矿井地质测量信息系统是在国内外通用GIS软件的基础上，根据矿井地质测量的空间数据特点和矿井生产建设的需要，进一步扩展和再开发出的专用软件。与通用GIS软件一样，矿井地质测量信息系统的主要组成。

2.1数据输入与格式转换

该系统能够实现常用GIS数据格式间的转换，能够支持多种形式的数据输入，如文本、数字、矢量和网格图形数据的输入，将现有的井田区域地质地形图、煤层底板等高线图、采掘工程图等图件以及野外测量数据、地质编录资料和采矿数据等转换成计算机兼容的数字形式。

该系统不仅要包括通用的图形处理功能，而且还要具备图像处理功能，以实现GIS和遥感的完全结合。在图形编辑系统中设计属性数据的输入功能可以直接参照图形数据，实现图形数据与属性数据的联接。

2.2数字高程（地面）模型模块

数字高程（地面）模型是一种特殊的数据模型，在矿产资源开发中，诸如地面地形图、煤层底板等高线图以及采掘工程图中，不能再把高程当作属性，而应该用真三维的方法研究，因此，应把它设计成一个单独的模块。

2.3空间数据管理系统

它是GIS软件工具的核心部分，统一管理属性和空间数据，具有初始化、输入、更新、删除、检索、变换、量测、维护等功能，并为其他模块提供基本图形图像支持工具和接口。

2.4空间数据分析系统

空间数据的处理、分析是GIS软件的又一重要内容空间数据分析，可分为3个层次：简单的空间搜索、空间叠加，空间格局的关系及其描述和空间模拟。

2.5专家系统工具

该系统工具以人工智能为基础，它具有组织和使用知识及不充分、不准确数据，模仿专家的思维、推理，进行分析和解决问题的能力。它对于处理井下复杂的、不确定的地质现象，进行地质推断、地质预报等具有重要意义。

2.6数据显示、输出系统

数据输出和表示是关于数据显示和向用户报告分析结果的方法问题，数据可能以图形、图像、文本、表格等各种形式表示。

3.矿井地质测量信息系统的主要功能

3.1数据的采集与输入功能

矿井地质测量信息系统的数据主要来自于矿井地质数据、测量数据和采矿信息数据。例如地质勘探资料、井下开拓掘进揭露的地质资料、野外和井下测量数据、现有的图形资料等。不论形式怎么多样化，它大体可分为：一是地理基础数据或空间数据，如地形、井下巷道、工作面的位置，矿床的贮存状态及地质构造的位置等；二是属性数据或描述数据，如煤质、顶底板岩性、生产统计数据等。

野外和井下测量数据、属性数据等可通过键盘、电子数据记录器等输入；现有图纸资料可通过数字化仪或扫描仪输入。

3.2图形处理功能

图形处理是GIS的重要特色。它应能完成图形的输入、编辑、建立拓扑关系、图形修饰、分层显示、输出等主要任务。对于信息系统来说，它应具备以下功能：

（1）制图功能。根据矿井地质测量资料建立矿井地面、煤层底板的数字高程模型，经图形的编辑、修饰生成各类矿图。

（2）矿图动态修改功能。根据井下采掘工程的进展情况，及时填绘采掘工程图、井上下对照图等矿山测量图；根据采掘过程中新揭露的地质资料补充修正煤层底板等高线图、地质水平切面图、勘探线剖面图地质图等矿井地质图，以保证矿图的准确性。

（3）根据基本矿图和地质测量数据，生成断面图、主体图及其他专业图纸。

（4）实现属性数据与图形的互访。如某个位置的煤质、剩余煤厚，或不可采厚度所圈定的不可采块段范围。

（5）图形显示、输出功能。

3.3地质测量数据库管理功能

地质测量数据库是地质测量信息系统的核心部分，它应具备如下功能：

（1）数据库的建立与维护。根据地质测量的原始数据、计算成果、应用模型等分别建立原始资料库、成果库、图例库、模型库等。数据库建立后，需要维护，以确保其安全和效率。

（2）数据库的操作。应能从数据库中检索出满足条件的数据，可以向数据库中插入新数据，可以修改、删除数据库中的数据。

（3）通讯功能。可以向上级主管部门或其他有关部门发送数据库中的数据或图形，也可以接收到其他数据库中的数据，实现信息的共享。

3.4数据处理与空间分析功能

（1）根据数据库的资料进行设计。如控制网优化设计、贯通测量预计、开采沉陷预计、煤柱设计等。

（2）进行数值计算。如地面控制网平差、井下导线的平差计算、各级储量的计算、资源损失量计算、开采沉陷观测资料的分析计算等。

（3）根据地质测量数据库提供的信息，利用智能专家系统工具，对矿井地质现象进行推断。诸如工作面前方地质构造预测，煤层顶底板岩石稳定性预报，综采工作面小断层预报等。

4.结束语

矿井地质测量信息系统是矿区资源环境信息系统的基础。矿井地质测量信息系统就是以采集、存贮、管理和描述矿井范围内有关矿井地质和测量数据的空间信息系统，是矿区资源环境信息系统的基础和核心子系统。 [科]

【参考文献】

[1]田佩俊等.矿山测量学[M].徐州：中国矿业大学出版社，1988.

工业机器人视觉测量的优化校准 篇7

在先进自动化生产过程中,工业机器人视觉测量系统对关键尺寸进行在线实时监测,及时调整动作幅度和角度,可有效控制产品质量的稳定性[1,2]。由于结合了非接触测量方式和机器人运动灵活的优点,可以解决传统三坐标测量机对盲孔、深孔等的测量难题,也可以克服接触式测量头对复杂工件的干涉,在先进制造业中得到了逐渐推广和应用。实际的工业现场环境复杂,多种因素都有可能导致系统在运行过程中产生一定的偏差、测量精度降低,引起误差的原因主要有温度漂移和关节松动变形等,使测量模型的参数值改变从而导致定位误差增大,因此需要定期对工业机器人视觉测量系统进行精确的校准,从而实现精确定位和视觉测量。目前,国内外关于该领域的研究还比较少,也没有解决好工业机器人视觉测量的精确校准难题。本文对工业机器人的视觉测量误差模型进行了相关研究,建立了针对显著变化参数的测量误差模型,采用遗传算法去求解最优的模型参数,从而达到精确校准,可以满足工业机器人实际生产的要求。

1 工业机器人测量系统工作原理

图1为应用于工业机器人的测量系统工作原理示意图。图中共存在4个坐标系,分别为机器人基础坐标系ORXRYRZR、机器人末端关节坐标系OHXHYHZH、工件坐标系OWXWYWZW和视觉传感器坐标系OCXCYCZC。

视觉测量结果为被测点P在工件坐标系OWXWYWZW下的坐标PW,即

式(1)中,PC为被测点P在视觉传感器测量坐标系下的坐标值;AHE为机器人手眼关系,即机器人末端关节坐标系到视觉传感器测量坐标系的齐次坐标变换关系,一旦传感器安装到末端关节上就保持不变;AWR为机器人基础坐标系到装置坐标系的齐次坐标变换关系,工位安装完成后同样为定值;ARH为机器人末端关节坐标系到机器人基础坐标系的齐次坐标变换关系,即

式(2)中的Aii-1表示i-1坐标系到i坐标系的齐次坐标变换矩阵,在测量过程中会受到温度变化和关节松动变形的影响。

2 机器人视觉定位误差模型

采用D-H模型[3]对机器人进行分析,假设每个关节都存在连杆参数偏差,那么传感器坐标系相对于机器人基础坐标系的变换为

结合变换微分可以推导出末端关节相对于机器人基础坐标系的位置偏差为

其中

表示第i个关节的连杆参数qi、ai、ai、di,下角标[1:3,4]表示取对应矩阵第4列的1至3行。

为了说明本文的校准方法,这里以ABB2400型机器人为例,是一种典型的6关节工业机器人。

关节1单独转动时对机器人6个不同姿态的TCP进行了测量,关节2和关节3单独转动时各测量了5个不同姿态下的TCP坐标值,关节4、关节5和关节6单独转动时分别测量了9个、6个和10个不同姿态下的TCP坐标值。关节单独转动时,以关节2、关节3和关节4产生的偏差最明显,然而,当关节2和关节3同时转动时,TCP在y方向的定位偏差反而减小,这说明关节2和关节3同时转动会对y轴方向的误差有抵消作用。

结合大量的实验数据进一步分析,当关节1转动时,7个姿态中只有x方向的坐标出现了较大偏差,若考虑测量噪声的存在,其它方向的坐标值可以认为没有变化,对照机器人运动学模型,可以确定此时杆件长度参数a1产生了较为明显的变化。结合实际测量样本值,并以此类推,可以采用同样的方法总结出有可能产生较大变化量的模型参数如表1所示,分别描述了与各个关节关系较大的模型参数,这也是引起测量误差的主要因素和原因。只要我们能够确定出表1中的有关模型参数的准确值,就可以较好地实现工业机器人视觉测量的校准。

3 基于遗传算法的精确校准方法

由表1的分析可知,对于6关节的ABB2400型机器人,当发生温度漂移或者关节松动变形时,引起视觉定位中的某一些参数值发生变化,因而为了实现精确校准,就需要根据实际样本数据来寻找到最佳的参数值。根据上述分析可知,对于视觉测量校准而言,主要是对表1的模型参数予以寻优,当参数优化后,就可以克服温度漂移和关节松动变形等的影响,从而提高视觉测量准确度。这里采用遗传算法对这些参数予以优化,优化后得到的参数值将具有很好的测量准确度。

遗传算法(Genetic Algorithm)[4,5]是一类借鉴生物界的进化规律(适者生存,优胜劣汰遗传机制)演化而来的随机化搜索方法。它是由美国的J.Holland教授1975年首先提出,其主要特点是直接对结构对象进行操作,不存在求导和函数连续性的限定;具有内在的隐并行性和更好的全局寻优能力;采用概率化的寻优方法,能自动获取和指导优化的搜索空间,自适应地调整搜索方向,不需要确定的规则。遗传算法的这些性质,已被人们广泛地应用于组合优化、机器学习、信号处理、自适应控制和人工生命等领域[4,5]。

遗传算法主要有遗传、交叉、变异等几个模拟生物进化的过程组成,遗传算法的框架可非形式地表示如下:

随机地将种群中的个体两两配对,进行交配操作;

执行变异操作;

利用选择机制形成下一代候选解:

遗传算法主要的特点体现在智能性和本质并行性两个方面.遗传算法智能性是由于在确定了编码方案、适应值函数及遗传算子后,利用演化过程中获得的信息自行组织搜索,因此具有根据环境的变化自动发现环境的特性和规律的能力;而其并行性是由它全局搜索方式决定的。按照遗传算法的程序,根据实际测量的样本数据值就可以计算得到最佳的模型参数值,以此得到确切的视觉测量值,避免温度漂移和关节松动变形等对测量结果准确度的影响。

4 仿真研究

这里我们选取了100组实际测量样本数据为依据来建立精确的视觉测量校准值,其中遗传算法的参数值为种群数为30,二进制码长度为20,交叉概率为0.45,变异概率为0.1。当采用遗传算法优化后,就可以根据新寻优的参数值作为视觉测量校准的精确值,从而得到比较准备的视觉测量结果。

仿真实验中,针对各个关节松动变形和温度漂移的情况,予以了实验验证,仿真结果如表2所示,描述了校准前和校准后的误差情况。表2的仿真结果表明,相比于校准前的误差值,根据本文方法校准后,视觉测量的准确度大大提高了,视觉测量的误差显著减小了,从而验证了本文算法的有效性。

5 结束语

针对工业机器人视觉测量系统,本文提出了一种基于遗传算法的优化校准方法,首先根据机器人的D-H正向运动学模型和微分运动学模型建立末端关节坐标系的定位误差模型,然后利用遗传算法选择最优的参数值,从而实现了精确校准。仿真实验表明,该方法能大大减小视觉测量误差,可以满足实际生产的要求。

参考文献

[1]王一,刘常杰,任永杰,等.通用机器人视觉检测系统得全局校准技术[J].光学精密工程,2009,17(12):3028-3033.

[2]任永杰,邾继贵,杨学友,等.机器人柔性视觉检测系统现场标定技术[J].机器人,2009,31(1):82-87.

[3]Denavit J,Hartenberg R S.A kinematic notation for lowerpair mechanisms based on matrices[J].Journal of Applied Mechanics,1955,22(2):215-221.

[4]吉根林.遗传算法研究综述[J].计算机应用与软件,2004,21(2):69-73.

工业标准信号产生与测量仪表设计 篇8

这篇论文介绍了工业信号的产生与测量原理,主要研究了基于TI公司MSP430F42x的工业信号的产生与测量仪表的设计。

工业信号的产生与测量仪表在生产过程系统中是非常重要的检测仪表,可模拟输出多种工业控制过程测控中所需的检测信号,同时也可测量这些工业控制过程中产生的信号,其大量用于工业仪表的现场调校。

本设计的特点是保证测量精度的情况下使低功耗更低,成本更低。在信号测量部分,16位ADC保证了测量精度;在信号输出部分,电压信号和电流信号采用PWM方式产生。

本设计由两片MSP430F系列MCU组成,MSP430F425实现电压和电流信号的测量,而MSP430F449实现电压和电流信号的输出及频率信号的测量与输出。

1 工业标准信号的采集[1]

该仪表中的信号测量部分采用MSP430F425实现,该单片机功耗非常低,电源电流400μA;待机模式的电源电流为1.6μA。该单片机采用16位精简指令结构(RSIC),具有125ns指令周期;可以安装低频32k或8M高频晶体。具有3路16位Sigma-Delta方式的ADC、直接驱动128段液晶显示器的驱动模块、1个RS232C/SPI通信口、1个具有捕获/比较功能的16位定时器,以及16k程序闪速存储器和2k随机存储器。

(1)测量部分

该仪表的测量部分如图1所示。三路ADC分别测量电流、电压和输出端反馈的电流、电压信号。

该仪表采用16位ADC测量4～24mA的电流信号,电流信号首先转换成小于VREF=1.2V的电压信号,然后连接到ADC的差动输入端,采用50Ω电阻,则24mA时产生1.2V的差动电压。

该仪表采用16位ADC测量0～10V的电压信号,为使输入阻抗大于10MΩ,使用了OP27运放组成了仪表放大器的输入结构,同时还使用差动输出结构的运放THS4130连接ADC的差动输入端。这样THS4130输出信号为VOD=(RF/RG)*(1+2R2/R1)*VI,在满量程为10V时,选择R1=R2=1kΩ,RG=30kΩ,RF=1k,则最大VOD=1.0V;在满量程为1.0V时,选择R1=R2=1kΩ,RG=30kΩ,RF=10k,则最大VOD=1.0V,量程由开关S1选择。为满足ADC的需求,将VCM端与VREF相连,使输出电压偏移+1.2V。

该仪表采用一路16位ADC测量该仪表的输出电压或电流,对输出信号进行校正,使输出电压和电流的误差更小。

ADC时钟选择MCLK,采用锁相环使频率稳定到1.048MHz,采样率为4096,定时3路连续转换,32个转换结果相加取平均值。

测量部分的单片机采用SPI接口顺序输出3路ADC的数据到数据处理与显示部分。

(2)数据处理与显示部分[2,3]

数据处理与显示功能由MSP430F449实现,其原理图如图2所示。

从图2可以知道,数据处理与显示电路中具有4×4键盘和7位液晶显示器。其F449的SPI0引脚P3.3、P3.1与测量部分的F425单片机的P1.6 、P2.1引脚相连,F425担当主机,定时向从机F449发送数据。

数据处理与显示部分将测量的数据乘以按键输入的比例系数,并转换成十进制数后,输出到液晶显示器上。液晶显示器在按键控制下,可以单独显示输入的电压或是电流,也可以显示输出的电压和电流,或是顺序定时显示它们。该部分以同样的方式处理被测量的频率和显示输出的频率。

2 产生电压与电流信号[4,5]

该仪表产生工业标准的4～20mA电流和0～10V电压信号,其原理图如图3所示。

由图3可以看出,电压信号与电流信号都是采用PWM实现。为使输出电压和电流数值准确,采用了反馈控制原理,就是使F425单片机测量输出的电压或者电流,然后将测量数据与电压或电流的设定值比较后,用误差值校正输出。

PWM由F449单片机的定时器B输出模式7实现,对于20mA的满度电流,为达到0.1%的精度,需要每一个定时器B的计数数字代表的电流为22μA。这里取5μA,设置CCR0=4000,若时钟频率为8MHz,则PWM的频率为2000Hz。对于10V电压信号,为达到0.1%精度,需要每一个定时器B的计数数字代表的电压为10mV,这里取2.5mV,设置CCR0=4000,取时钟频率为8MHz,则PWM的频率同样为2000Hz。

由于输出的是直流电压和电流信号,所以采用简单的RC滤波就能满足要求。

F449实现电压输出的过程:键盘输入需要输出的电压值后,计算出相应的CCR1的数值,则输出TB1按照CCR1给定的占空比输出频率为2000Hz的脉冲,经过滤波后输出稳定直流电压;该电压的1/10反馈到16位ADC的输入端,产生当前输出电压的数值数据,该数据经过32次累加平均后,与设定值比较,其误差值与CCR1数值相加产生新的CCR1数值,也就调整了输出电压。由于CCR1数值中的一个数字代表的电压值比10mV误差小的多,所以肯定有一个CCR1数值使输出电压满足要求。

F449实现准确电流输出的过程与实现电压输出的过程基本相同,只是采样输出电流。

3 测量与产生频率信号

(1)频率信号的测量

由F449中的定时器B实现频率的测量,1～1000Hz频率信号从CCP模块输入引脚输入,在第一个被测脉冲上升沿捕获定时器的TBR数值,在第二个脉冲上升沿再次捕获TBR的数值,则两次TBR数值之差就是被测脉冲周期。

(2)频率信号输出

F449的TB6引脚输出频率信号,其范围为1～1000Hz,使定时器B工作在连续计数的比较模式,根据输出频率,不断设置CCR6的数值,则在TBR数值与CCR6数值相同时,使输出端TB6产生置位与复位,输出频率信号。

输入的频率信号与输出的频率信号,都要经过信号处理电路,使其满足接口电路的逻辑电平。

4 结论

本文设计了工业电压、电流与频率信号的测量与产生仪表的工作原理,给出了主要部分的电原理图。设计采用16位ADC测量电流与电压信号,使该仪表可以在工业现场测量变送器是输出信号;而采用反馈误差消除方法输出的电压和电流信号,可以检查数据采集仪表的准确性。经过验证,利用MSP430系列MCU实现的测量与信号产生仪表是成功的和实用的。

另外,需要注意的是在电路板的设计及实际调试当中,对于模拟信号应进行有效的屏蔽与可靠的接地,只有这样才能保证该设备的正常使用与测量精度。

参考文献

[1]夏路易.单片机原理及应用[M].北京:电子工业出版社,2010.

[2]沈建华,杨艳琴,翟骁曙.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3]Texas Instruments Incorporated,Msp430x42x,Msp430x4-xx Family User’s Guide[S].2003.

[4]魏小龙.MSP430系列单片机接口技术与系统设计实例[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

工业测量系统 篇9

实施在机测量的随机量仪主要由接触式测头、信号接收器和输出电缆 (或接口装置) 组成。根据传送信号的性质, 又分为红外线和无线电两种。相比之下, 后一种信号传送能力更强些, 不但传送距离远, 而且在有物体阻挡的情况下也不受影响。但实际上, 在企业中用得更多的还是前一种。其工作过程为接触式测头的检测结果以红外信号方式发送到安装在加工中心内的接收器, 接收器通过输出电缆 (或经过接口装置) 再将信号传送到机床控制系统。而测头作为红外信号发送器可在360°范围内发送信号, 接口装置在对信号数据进行处理后将其传送到数控机床和加工中心的控制系统。但在多数情况下, 检测程序还是由机床厂商按实际需求编制后, 根据输入的信号实现相应的功能。

在多数情况下, 测头就像刀具一样, 平时存放在数控机床和加工中心的刀具库中, 然后依照不同的要求, 在一道加工工序之前或之后调出, 再按规定的程序执行自动检测, 从而实现某种功能。概括地说, 通过在机测量主要可以达到以下3个目的。

(1) 刀具状态的检测

有别于实现在机检测的其他功能时的测头存放在机床刀具库中, 此时测量装置 (测头) 一般是设置在机床的某一固定位置。对刀测量装置有接触式和非接触 (光学) 式两种, 图1是常用的接触式测头的两个示例。对于加工中心来讲, 测量装置均安装在工作台面上, 如图1a和图1b所示。从图1可见, 刀库中的某把刀具按事先设置的程序及设定的尺寸进行接触对刀测量, 据此评价刀具的状态。同时也能进行刀具破损或安装型号正确与否的识别。在这种应用场合, 检测信号是采用电缆传送方式输入接口装置, 或直接与机床数控系统连接。图1c是对刀测量在数控车床上的应用, 此时测量装置 (测头) 安装在一个固定于车床床头箱上的可卸式测量手臂的前端, 也是通过接触式测头进行对刀测量的。

(2) 确定加工状态:工件找正、参数设定和补偿

所谓“找正”是指为了保证工件的正确安装和定位而采取的相应措施。出现或存在“不正”的现象既有夹具方面的原因, 也有工件自身因素的影响。无疑加工状态的找正是确保工件加工质量的基础。另外, 由于受到温度变化和刀具磨损等渐变因素的作用, 加工状态的稳定性也会发生改变, 影响到制成品的质量, 故在必要时, 找正后也需要采取相应的补偿措施。数控机床和加工中心所具备的检测功能在这一过程中发挥了重要的作用。

(3) 工件的自动检测

工业测量系统 篇10

近年来,随着电力变频器、无线电通信系统在煤矿井下的广泛应用和煤矿机电设备功率的不断提高,煤矿井下电磁干扰强度不断升级,煤矿监控系统和通信系统受干扰的情况日益严重,煤矿井下的电磁兼容环境和煤矿监控设备的抗干扰设计成为研究热点[1,2,3,4,5]。

为了确定煤矿监控设备的抗干扰等级,首先要研究煤矿监控设备使用环境中的干扰种类和强度。根据干扰耦合通道划分,电磁干扰可以分为空间电磁场辐射耦合、通过设备电缆的传导耦合两大类[6]。其中通过设备电缆的传导耦合又分为电磁场电缆感应、电缆间电磁感应、电缆的直接传导3种。电磁场电缆感应耦合方式是先辐射后感应的耦合方式,所以可以归为辐射耦合[6],也可以归为传导耦合。

测量工业环境中的干扰强度一般采用干扰测量仪或频谱分析仪[1,2,3,4,6,7]。这种方法只考虑干扰源而不考虑干扰的耦合方式,测量的是干扰源的辐射干扰强度,难以对瞬变脉冲群干扰和浪涌干扰强度建立数量上的等效关系。目前,虽然有针对传导干扰的测量方法的研究,但都是针对直接传导类型(主要又是电源线上的干扰)的研究[8,9,10,11],不适用于通过电缆感应的传导干扰的测量。

工业环境中使用的测控系统,尤其是煤矿监控系统,电缆覆盖范围很大,通过电缆感应的传导干扰是主要干扰。笔者在一些煤矿井下实测干扰时发现,在一些井下巷道中,设备及电缆都很少,使用谱频分析仪几乎发现不了干扰,但该处的瓦斯传感器仍然发生受干扰冒大数的情况,说明使用频谱分析仪进行干扰测量有其局限性。鉴此,本文提出一种测量工业环境感应传导干扰的方法,该方法适用于对工业环境的感应传导干扰(包括瞬变脉冲群干扰和浪涌干扰)强度进行测量。

1 感应传导干扰对设备的作用机理及衡量干扰信号强度的指标选择

根据感应传导干扰的原理,可知感应传导干扰影响被干扰设备的过程:干扰源发出的干扰在被干扰设备的外部电缆中感应出一串干扰脉冲信号,当被干扰设备的内部电路对干扰脉冲信号产生反应时即发生干扰。

干扰脉冲信号可用2个指标来衡量其大小:干扰信号幅值和单个脉冲强度(电压-时间积分)。对于受干扰设备来说,只有干扰信号的幅度和强度均达到一定的阈值才会对干扰产生反应。一般来说,高速电路具有较低的强度阈值,而低速电路具有较高的强度阈值。所以可以把在设备外边电缆上感应的干扰脉冲信号的最大幅值和脉冲的最大强度作为表示干扰强度的指标。一般来说,幅度没有达到阈值的干扰信号即使有较大的强度也不会产生实质性的干扰,所以这2个指标中,干扰信号的幅度指标应该是主要指标,干扰信号的脉冲强度指标可以作为辅助性的指标对主要指标进行一定的修正,因为低幅值高强度的干扰脉冲是较难滤除的,而高幅值低强度的干扰脉冲用一个低通滤波器就能有效抑制其幅度。

2 瞬变脉冲群干扰强度的测量方法

瞬变脉冲群干扰是一种因电压快速变化而引起的干扰,主要通过线间电容耦合。图1为干扰源和被干扰体之间的耦合示意图。显然,接收干扰的电缆和发出干扰的电缆距离越近,并行距离越长,接收干扰的强度越大。

瞬变脉冲群干扰对同一电缆中2芯线间的干扰既有共模干扰,也有差模干扰。由于安全监控系统中常用的本质安全电路是不接地的,与对地干扰相比,线间干扰对安全监控系统的影响较大。所以,笔者采用测量线间干扰信号的方法来测量井下环境瞬变脉冲群干扰强度。

为便于现场作业,采用HBYV非双绞2芯线作为干扰接收体。首先在实验室采用标准干扰发生器通过电容耦合夹方式注入瞬变脉冲群作为干扰源,2芯线间接2 kΩ电阻(该值接近大多数煤矿监控设备的输入等效电阻),记录2芯线间电阻上的感应信号并作为基准数据。现场测量时,将2芯线铺设在干扰源电缆附近,2芯线间也接2 kΩ电阻,通过数字示波器捕捉电阻上的最大干扰信号,如图2所示。

最后通过井下和实验室2种环境下2芯线间干扰电压值和单脉冲强度值的对比确定井下干扰源相当于标准干扰源的强度。

3 浪涌干扰强度的测量方法

电缆间传导产生的浪涌干扰是因电流快速变化而引起的干扰,主要通过线间电感(磁场)耦合。图3为干扰源和被干扰体之间的耦合示意图。

煤矿井下本质安全设备虽然不接地,但本质安全设备的外壳是等效接地的(比如通过铁丝固定在巷道壁上),而本质安全电路和设备外壳之间一般有几十到几百皮法的电容,所以井下并行电缆电感耦合通路是存在的。显然,电缆并行距离越长、接收干扰的电缆和地之间所围面积越大,接收干扰的强度也就越大。

同样采用HBYV非双绞2芯线作为干扰接收体,现场测量时铺设在干扰源电缆附近,2芯线一端可直接接地,另一端通过1 000 pF电容接地,通过数字示波器捕捉电容两端的最大干扰信号,如图4所示。

实验室标准信号采用标准浪涌干扰发生器作为干扰源,施加到通过1 000 pF电容接地的电线上,测量电容两端的电压。最后通过井下和实验室2种环境下电容两端干扰电压幅值和单脉冲强度值的对比确定井下干扰源相当于标准干扰源的强度。

这种浪涌干扰对不接地的煤矿本质安全设备产生干扰的作用机理:本质安全的内部电路会造成不同芯线对地的阻抗不同,对地浪涌产生的共模干扰会通过不同芯线对地的不同阻抗转变为芯线间的差模干扰。

4 测量结果

4.1 瞬变脉冲群干扰强度的测量

采用第2节所述方法在实验室使用SANKI公司的SKS-0404GB瞬变脉冲群干扰发生器产生干扰,并用安捷伦U1602B手持示波器测量,结果如表1所示。从表1可看出,测量值和干扰源强度基本成线性关系。

采用该方法对平顶山瑞平煤电公司庇山矿-50绞车电控装置的250 kW/660 V变频器进行了干扰测量。该绞车房变频器主输出电缆已经使用了屏蔽电缆。靠近变频器输出至电动机约30 m长电缆,HBYV电线中感应的干扰信号如图5所示,其中电压(单向峰值)达15.2 V。

由于脉冲幅值、脉冲强度和干扰源强度基本成线性关系,因此,所测干扰相当于实验室标准干扰的等级=实验室产生的标准干扰强度等级/标准干扰强度等级下实验室产生的所测干扰脉冲幅度×现场所测干扰脉冲幅值,即变频器实际发出的脉冲群干扰幅值为1 000/90×15.2≈170 V。单脉冲强度(选取图5中最大的脉冲强度)=单脉冲最大单向幅值×脉冲宽度/2,即9×7/2=31 500 V·ns(见图5(a)中的黑色面积),远远大于170 V标准干扰。这说明用170 V标准干扰等级来模拟该变频器干扰是不够的,但具体相当于多大的标准干扰,这和受干扰设备的具体电路有关,很难确定。但大于170 V标准干扰等级可以肯定,即一般来说,用抗170 V标准干扰等级的措施并不能抗该变频器产生的干扰。

图6为笔者在吉林辽源矿业(集团)有限责任公司龙家堡矿井下变频器启动瞬间捕捉到的一个干扰,其中电压(单向峰值)达45.6 V,相当于500 V标准干扰等级;但单脉冲强度约为34×50/2=850 V·ns,也和500 V标准干扰等级相当。所以可以确定该处的变频器干扰和500 V等级的标准脉冲群干扰相当。

4.2 浪涌干扰强度的测量

采用第3节所述方法在实验室使用SANKI公司的NS61000-5E浪涌干扰发生器测量的浪涌干扰波形如图7所示。从图7可看出,干扰脉冲幅值和干扰源幅值基本一致(表示与浪涌干扰发生器发生的浪涌电压值一致,也是200 V)。

笔者对皖北煤电集团有限责任公司钱营孜矿井下3213工作面回风巷沿线进行了干扰测量。巷道内有一根660 V电缆给沿线多台潜水泵和钻机供电。实地测量到的水泵(钻机)启动时在100 m并行电线上感应的浪涌干扰波形如图8所示。若考虑并行距离为1 km,可以确定为相当于1 400 V等级的标准浪涌干扰,但脉冲强度要明显小于标准浪涌干扰。

5 影响测量结果的因素

(1) 测量电线和干扰源电缆并行距离越长,接收的干扰能量就越多。但对于瞬变脉冲群干扰,实验室测量数据证明,干扰强度和并行距离并不是正比关系,其原理是高频下的分布参数造成叠加情形复杂化。对于用电设备开停造成的电缆间耦合浪涌干扰,现场测量结果表明,干扰强度和并行距离基本成正比关系。为了便于现场测试并使测量结果具有可比性,可以将100 m的长度作为标准长度,但用较短长度的测量数据来估计较长长度情况下的干扰时,误差会增加,所以有条件的情况下应该尽量用较长长度的电线进行测量。

(2) 实际测量中,首先要对干扰源进行定位,然后根据干扰源的性质沿干扰源电缆敷设。比如对于变频器发出的干扰,测量电线应该沿“电力变压器-变频器-电动机”的电力电缆和“变频器-控制台”的控制电缆敷设。

(3) 测量电线的类型也会对测量结果产生影响。比如双绞线本身具有一定的抗干扰性,会使测量结果不够客观;传输频带窄的电缆会滤掉干扰的高频成分。对于煤矿安全监控系统的应用要求来说,采用非双绞普通电话线做干扰接收电缆是合适的。因为煤矿安全监控系统对于干扰的响应属于低频系统,所以测量干扰的频段可以限制在20 MHz以下的低频范围。由于测量仪器本身具有误差和分散性,不同示波器的测量结果会有较大误差,所以现场测量的数据和实验室测量的数据应该使用同一仪器测量的数据进行比对。用于测量的示波器应该是经过全频段比对或校准的。

(4) 另外对干扰的捕捉技巧也很重要。现场测量时,首先应该以较大的时标和幅值记录干扰的“概貌”,然后再捕捉干扰的最大幅值和最大强度。一般现场测量到的干扰不会是现场的最大干扰。6 结语

针对煤矿井下电缆间感应传导干扰,提出了瞬变脉冲群干扰和浪涌干扰强度的测量方法,并在实验室和煤矿现场进行了实际测量。该方法是对所处环境中由电缆感应的电磁干扰水平的测量,可用于评估该环境下设备承受的感应传导干扰的强度等级,是对应用频谱分析仪进行干扰测量的补充。

摘要：针对采用干扰测量仪或频谱分析仪只能测量工业环境中干扰源的辐射干扰强度的问题,提出了一种测量工业环境感应传导干扰的方法。该方法采用HBYV非双绞2芯线作为干扰接收体,采用数字示波器记录干扰波形的最大幅值和单个脉冲的最大强度,通过与标准干扰发生器感应到HBYV非双绞2芯线上的干扰信号大小进行比较,确定干扰强度。以瞬变脉冲群干扰强度和浪涌干扰强度的测量为例,详细介绍了该方法的具体实现。

关键词：工业环境,干扰源,感应干扰,传导干扰,干扰测量,测量方法

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